[发明专利]非饱和土边坡地震稳定性水平片分法分析模型构建方法

说明书

本发明公开了一种非饱和土边坡地震稳定性水平片分法分析模型构建方法。本发明基于拟动力假定，提出一种改进水平片分法来评估非饱和土边坡的地震响应特性，采用该方法计算非饱和土重力所做外部功率，毛细粘聚力和预应力锚索锚固力的能量耗散，构建能量平衡方程，并根据容重增加原理得到土边坡安全系数半解析数值表达式，基于枚举法搜索边坡最小安全系数和相应的临界滑动面。本发明构建的分析模型结合了极限分析解析法和极限分析有限元法的优点，有效地将非饱和土强度理论和极限分析方法结合起来，可对边坡吸力效应的作用机制进行合理的解释，对指导复杂条件下边坡设计、施工和加固具有重要的学术价值和现实意义。

技术领域

本发明涉及边坡地震稳定性分析方法，尤其涉及非饱和土边坡地震稳定性水 平片分法分析模型构建方法，属于工程防灾减灾领域。

背景技术

目前，工程边坡稳定性分析研究中对吸力效应的考虑还不够充分，且边坡地 震稳定性评价多采用拟静力假设，对地震动频率、振幅、放大系数和阻尼性质等 动力特性的考虑并不充分，无法充分反映边坡在地震作用下边坡的动力特性，极 限分析法方面的研究相对较少，尤其是非饱和土边坡稳定性及其加固机制研究方 面。

边坡地震稳定性分析研究存在的瓶颈问题包括：一是对边坡吸力效应的考虑 还不够充分；二是多采用拟静力假定，对地震动频率、振幅、放大系数和阻尼性 质等动力特性的考虑并不充分，无法充分反映边坡在地震作用下的动力特性。

非饱和土边坡地震稳定性极限分析法研究的主要困难在于：一是难以构建非 均质材料中静力许可的应力场和运动许可的速度场；二是由于基质吸力和地震动 加速度的时空变异性，难以构建边坡能量平衡方程以寻求上下限解答，常规边坡 的地震稳定性评价难以考虑地震的动力特性。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种计算原理简单、计算结果可靠的非饱和土边 坡地震稳定性水平片分法分析模型构建方法。

技术方案：本发明的非饱和土边坡地震稳定性水平片分法分析模型构建方法， 提出一种改进水平片分法来评估非饱和土边坡的地震响应规律，采用该法计算非 饱和土重力和地震惯性力所做外部功率，计算毛细粘聚力和锚固力的功率耗散率， 构建能量平衡方程，并根据容重增加原理得到土边坡安全系数的半解析数值表达 式，基于枚举法搜索边坡最小动安全系数和相应的临界滑动面。

包括以下步骤：

S1改进片分法：首先建立极坐标系，以滑坡体对应极角为对象，将对数螺 旋滑动面进行离散化处理，均等地划分为若干份，得到离散点极角和极径表达式； 其次以滑动面离散点为基准将滑动土体离散为若干个水平分布的单元土层，得到 单元土层上下表面的面积，将离散的单元土层近似视为梯形，计算其体积；

S2计算边坡土体重力所做外功率。忽略单元土层内土体重度局部非线性变 化的特点，将其视为定值并以土层形心处的数值表示，单元土层重力所做外功率 可表示为单元土层重力与其形心处重力方向速度的乘积来表示，单元土层重力可 表示为其体积与其形心处对应重度的乘积；

S3累加所有单元土层土体重力所做外功率，得到滑动土体重力所做外功率 W_γ′；

S4计算滑坡体地震惯性力所做外功率，滑坡体地震惯性力所做外功率包括 水平地震力所做外功率和竖向地震力所做外功率，采用与步骤S2相同的方法分 别求得水平地震力所做外功率W_s^ah和竖向地震力所做外功率W_s^av；

S5计算滑坡体阻尼力总的耗散率，滑坡体阻尼力总的耗散率包括水平地震 波传播过程中阻尼力的能量耗散率和竖向地震波传播过程中阻尼力的能量耗散 率，采用与步骤S2相同的方法求得水平地震波传播过程中阻尼力的能量耗散率 和竖向地震波传播过程中阻尼力的能量耗散率